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電磁攪拌器技術研究動態

2014-03-02 01:54:00 作者:未知 已閱讀97次

關鍵字:

      連鑄電磁攪拌能有效地改善連鑄坯內部的組織結構,減少中心偏析及中心縮孔,大大增加等軸晶率。已成為連鑄、特別是品種鋼連鑄必不可少的一種工藝手段。
      連鑄電磁攪拌器實質在于借助電磁力的作用來強化鑄坯中末凝固鋼液的運動,從而改變鋼水凝固過程中的流動,傳熱和遷移過程,達到改善鑄坯質量的目的。
      結晶器電磁攪拌可以明顯改善中碳鋼、中低合金鋼內部及皮下質量,但對于高碳鋼和高合金鋼來說,仍存在中心偏析、中心縮孔、中心裂紋等問題,甚至在所謂的糊狀區終點處形成“V”形槽即“V”形宏觀偏析。尤其對于象不銹鋼這樣的多合金高合金鋼,由于枝晶發達中心裂紋及縮孔非常明顯。要解決這些問題必須在凝固末端上電磁攪拌。
      1.高碳鋼、高合金鋼連鑄的凝固特征和可能出現的缺陷:
       高含碳量、高合金含量有使凝固組織惡化的趨勢。高碳鋼、高合金鋼的液相與固相間溫度區間較大,凝固間隙長度增加,粘稠區加寬。因此容易形成中心偏析、中心裂紋和中心縮孔。這些缺陷對產品的機械性能和耐腐蝕性能會產生有害的影響。在不銹鋼冷軋板中出現單相波紋。
      宏觀偏析是在凝固末端粘稠區內的溶質富集的鋼液由于凝固收縮引起流動、沿粘稠區內枝晶間通道傳輸、聚集而成的。顯然它極大地受粘稠區內鋼液流動和傳質所控制,有時形成中心偏析,有時形成V形偏析。中心偏析是由于鑄坯在凝固過程中傾向于生成柱狀晶,產生搭橋現象而產生的。V形偏析形成的原因比較復雜,主要是由粘稠區內等軸晶凝固時產生的收縮力及對鋼液的抽吸力和鋼液沿樹枝晶的滲透引起的,可以用著名的V形偏析凝固模型來解釋。偏析的嚴重程度與凝固時間有關,時間越長越嚴重。由于高含碳量、高合金含量的鋼凝固時間長,因此偏析也就更嚴重。
      2.影響凝固末端電磁攪拌的冶金效果的主要因素及措施:
      影響凝固末端電磁攪拌的冶金效果的主要因素在于:1)是否有結晶器電磁攪拌作用。2)電磁攪拌器能否提供足夠大的電磁推力。3)電磁攪拌作用區域內磁場是否均勻。4)電磁攪拌的作用區域是否足夠大。5)攪拌的時機即電磁攪拌的安裝位置是否得當。其中第2、3、4個因素取決于凝固末端電磁攪拌器的參數及結構設計,而第1、5個因素則取決于電磁攪拌器與連鑄機性能參數及連鑄工藝的匹配是否合理。因此,一套電磁攪拌裝置要達到最佳的冶金效果,除了要求其本身性能優良外,還要求設計者有較豐富的理論與實踐經驗。
      1.凝固末端電磁攪拌的最佳攪拌條件
      根據宏觀偏析產生機理,控制其產生主要途徑是: (a)促進柱狀晶向等軸晶轉化,產生寬而細的等軸晶區,使之能致密充滿凝固末端;減少二次枝晶的臂間距,以控制粘稠區的滲透性。 (b)提高凝固率,減少凝固時間間隔。 (c)在中心區分散偏析斑點,使粘稠區變窄。 (d)保持粘稠區的流動性以及溫度和成分的均勻性。 (e)阻礙鋼液在枝晶間的滲透和偏析槽的形成。
      采用結晶器+凝固末端電磁攪拌能有效達到以上目的,單一采用凝固末端效果不明顯。結晶器電磁攪拌能大幅降低鋼液的過熱度,縮短凝固時間,從而產生寬且細的等軸晶區。而凝固末端電磁攪拌可進一步細化等軸晶并能保持粘稠區的流動以及溫度與成份的均勻。因此可以明顯減輕宏觀偏析。
      凝固末端攪拌的最佳條件是: (a)凝固末端的凝固組織為致密的細等軸晶,因此必須要先經結晶器電磁攪拌。 (b)攪拌應該從固相率為0.1時開始。 (c)攪拌強度要達到10-20cm/s (d)采用交替攪拌 2安裝位置
      凝固末端電磁攪拌所需要解決的冶金問題決定了其安裝位置的極端重要。過早攪拌等同于二冷區電磁攪拌不能起到應有的效果;而過遲攪拌鋼水已經凝固,攪拌已失去意義。因此,錯誤的安裝位置不但對需要解決的問題沒有效果,甚至還有可能起反作用。
      根據上面提到固相率為0.1的概念,綜合連鑄機的實際情況,認為凝固末端電磁攪拌以安裝在鑄坯未凝固率20%-28%左右的區域比較合適。考慮到連鑄工藝的差異性,一般在上下各1米處再預留2個安裝點。當然,如果能夠做到連續移動是最理想的。值得指出的是:凝固末端位置是受拉速影響的,因此,保持拉速的穩定是非常重要的。
       3.有效攪拌范圍、攪拌方式及磁場性能:
       為了盡可能獲得穩定優良的冶金效果,凝固末端電磁攪拌的攪拌強度、攪拌方式及攪拌范圍都與結晶器電磁攪拌有較大的區別,主要表現在: (a)為了避免過強的攪拌流沖刷鑄坯凝固前沿而產生負偏析(白亮帶),末端電磁攪拌一般都采用大范圍且交替攪拌的攪拌方式。 (b)由于30%的未凝固率是用數學模型計算出來的,因此與實際情況會有一定出入,同時由于連鑄機拉速、二冷配水等工藝參數的差異性也使得未凝固率存在一定的變化。因此,為了使凝固末端盡可能的涵蓋未凝固率30%這一點,要求凝固末端電磁攪拌的有效攪拌范圍盡可能的長。 (c)完成一個最佳交替攪拌的周期一般是正轉5秒、停頓1秒、反轉5秒,共11秒鐘時間。最高拉速按2.5m/min考慮,11秒鐘的拉坯長度是458mm;也就是說攪拌器的均勻磁場范圍要超過458mm。考慮到電磁攪拌器的端部效應,其鐵芯高度至少要在450mm以上。 (d) 為了獲得穩定的冶金效果,有效攪拌區域內的磁場要求盡可能的均勻。
       凝固末端電磁攪拌器的類型及選擇
       電磁攪拌器主要由繞組與鐵芯構成。按繞組與鐵芯的結構型式不同,凝固末端電磁攪拌器主要有E字鐵芯扁線繞組水外冷、E字鐵芯銅管繞組水內冷、環形鐵芯扁線繞組水外冷與環形鐵芯銅管繞組水內冷等四種型式。
繞組型式決定了電磁攪拌器的使用壽命。眾所周知銅管繞組水內冷的絕緣性能比扁線繞組水外冷的要好得多,因此使用壽命也要長很多。鐵芯型式則決定了電磁攪拌器的磁場性能與冶金效果。尤其對凝固末端電磁攪拌而言這方面尤其重要。
       E字鐵芯的優點是:外圍無漏磁;線圈套在齒上安裝,外圍無線圈,便于與外殼固定。缺點是:由于有齒槽,齒的地方磁場高,槽的地方磁場小,因而內部磁場不均勻,不適合作凝固末端電磁攪拌用;存在齒槽漏磁,內部漏磁大;線圈端伸長,因而在一定安裝空間內,鐵芯高度矮,有效攪拌范圍短,也不適合作凝固末端電磁攪拌用。
      環形鐵芯的優點是:無齒槽結構,內部磁場均勻,攪拌效率高;內部無齒槽,不存在齒槽漏磁,內部漏磁小,磁場強度高;12個線圈均勻分布,端伸短,因而在一定安裝空間內,鐵芯高度高(比E字型鐵芯高30%左右),有效攪拌范圍長,攪拌效果好。
缺點是:外圍有線圈,因而存在外圍漏磁,須采取外圍磁屏蔽技術進行改善;不便于與外殼固定,必須用高性能硅膠灌封處理,因而成本較高。
      綜上分析,凝固末端電磁攪拌期的4種不同類型的組合中。以環形鐵芯銅管繞組為最佳組合。具有運行安全漏電流小,使用壽命長;磁場均勻,磁密大,有效攪拌范圍長,冶金效果突出;工作電流小,冷卻水量小,運行十分經濟;后期維修成本低等突出優點。非常適合作凝固末端電磁攪拌使用,是其它任何一種組合所無法比擬的。

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